一种滑坡滑动面抗剪强度计算方法与流程

1.本发明涉及岩体工程技术领域，具体涉及一种滑坡滑动面抗剪强度计算方法。


背景技术：

2.在岩土工程中，岩体是指各种形状的岩石块体和节理。岩体强度是岩体力学研究领域的一个重要问题，滑坡滑动面抗剪强度参数是表征岩体强度的基本参数，表征的是岩体抵抗剪切破坏的最大能力。在传统的行业认知中，滑坡滑动面抗剪强度可分为二部分：一部分与颗粒间的法向应力有关，其本质是摩擦力，体现为内摩擦角；另一部分是与法向应力无关，体现为粘聚力。当外部载荷在岩体内部产生的剪应力达到岩体的抗剪强度时，岩体就遭到破坏；严重时岩体将产生滑坡。为避免岩体产生滑坡，在对岩体进行土建时，需要进行大量的厚实填土工程，以提高抗剪强度。
3.但是，近年来随着对岩体力学的深入研究，发现滑坡滑动面的起伏度也会对滑坡滑动面抗剪强度产生影响。对于其它条件相同的滑坡滑动面，当滑坡滑动面的起伏度较小即表面相对光滑时，相当于摩擦系数很小，其抗剪强度就相对较小；当滑坡滑动面的起伏度较大即表面相对粗糙时，相当于摩擦系数变大，其抗剪强度就会增大。
4.在目前的工程实践中，只引入了内摩擦角、粘聚力这两个参数来理算滑坡滑动面抗剪强度，没有引入滑坡滑动面的起伏度，没有考虑滑坡滑动面的起伏度引入后会提升滑坡滑动面抗剪强度。这样仅仅使用内摩擦角、粘聚力这两个参数计算出来的抗剪强度，会比引入结构面起伏度后计算出来的抗剪强度要小一些。在使用较小的抗剪强度计算值作为土建参考的情况下，施工时就需要完成更多的厚实填土工程来提高抗剪强度，会造成灾害治疗成本的大幅度增加。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明提出一种滑坡滑动面抗剪强度计算方法，以解决现有技术中存在的计算滑坡滑动面抗剪强度没有考虑滑坡滑动面的起伏度，使得计算得出的抗剪强度值偏小，从而造成灾害治疗成本大幅度增加的技术问题。
6.本发明采用的技术方案是，一种滑坡滑动面抗剪强度计算方法，包括以下步骤：
7.计算滑坡滑动面的起伏度；
8.根据滑坡滑动面曲面的起伏度，结合内摩擦角、粘聚力，计算滑坡滑动面抗剪强度。
9.在一种可实现方式中，滑坡滑动面抗剪强度按以下公式进行计算：
[0010][0011]
在上式中，τ为抗剪强度，σ为岩体应力，i为平均起伏角，为内摩擦角，c为粘聚力。
[0012]
在一种可实现方式中，滑坡滑动面的起伏度按以下步骤进行计算：
[0013]
构建滑坡滑动面曲面；
[0014]
从岩体的任意位置拆分出一个立方体，立方体的底面为正方形；
[0015]
以正方形所在区域内的滑坡滑动面曲面中任意一个点作为顶点，以该正方形作为底面构建棱锥体；
[0016]
根据正方形的边长、棱锥体底面四个角所在点的高程、棱锥体顶点的高程，计算得到棱锥体的表面积；
[0017]
改变正方形的边长，构建多个棱锥体；根据多个棱锥体的表面积、正方形的面积，在双对数坐标上拟合直线，得到直线的斜率；
[0018]
根据斜率计算得到滑坡滑动面曲面的分维值；
[0019]
根据分维值计算得到滑坡滑动面曲面的平均起伏角。
[0020]
在一种可实现方式中，棱锥体的表面积按以下公式计算：
[0021]
s＝s1+s2+s3+s4[0022]
在上式中，
[0023][0024][0025][0026][0027]
在上式中，
[0028][0029][0030][0031][0032][0033][0034][0035][0036]ho
＝(h1+h2+h3+h4)/4；
[0037][0038][0039]
[0040][0041]
在上式中，h1、h2、h3、h4分别为棱锥体底面的四个角所在点距离正方形所在平面的高程，ho为棱锥体顶点距离正方形所在平面的高程，l为正方形的边长；s为棱锥体的表面积。
[0042]
在一种可实现方式中，分维值按以下公式计算：
[0043]df
＝2-k
[0044]
在上式中，df为滑坡滑动面曲面的分维值，k为直线的斜率。
[0045]
在一种可实现方式中，分维值大于或等于2，小于或等于3。
[0046]
在一种可实现方式中，平均起伏角按以下公式计算：
[0047][0048]
在上式中，i为滑坡滑动面曲面的平均起伏角，df为滑坡滑动面曲面的分维值。
[0049]
在一种可实现方式中，构建滑坡滑动面曲面时，通过勘测获得滑坡滑动面的勘测数据，根据勘测数据构建滑坡滑动面曲面。
[0050]
由上述技术方案可知，本发明的有益技术效果如下：
[0051]
本实施例的技术方案，采用分维值来计算滑坡滑动面曲面的平均起伏角表征出滑坡滑动面的起伏度，再使用平均起伏角，结合内摩擦角、粘聚力计算滑坡滑动面抗剪强度，使计算得出的滑坡滑动面抗剪强度比传统计算方法计算得出的抗剪强度值更大，更接近与实际情况。在后续施工时，以考虑了滑坡滑动面起伏度的抗剪强度计算值作为参考，可以大幅度节约灾害治疗成本。
附图说明
[0052]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
[0053]
图1为本发明实施例的滑坡滑动面抗剪强度计算方法流程图；
[0054]
图2为本发明实施例的滑坡滑动面的曲面示意图；
[0055]
图3为本发明实施例的棱锥体示意图；
[0056]
图4为本发明实施例的拟合直线斜率示意图；
[0057]
附图标记：
[0058]
1-岩体，2-滑坡滑动面曲面。
具体实施方式
[0059]
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0060]
需要注意的是，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
[0061]
实施例
[0062]
本实施例提供了一种滑坡滑动面抗剪强度计算方法，包括以下步骤：
[0063]
计算滑坡滑动面的起伏度；
[0064]
根据滑坡滑动面曲面的起伏度，结合内摩擦角、粘聚力，计算滑坡滑动面抗剪强度。
[0065]
以下对实施例工作原理进行详细说明：
[0066]
滑坡滑动面抗剪强度的计算方法如图1所示，具体按以下步骤进行：
[0067]
1、通过勘测获得滑坡滑动面的勘测数据，根据勘测数据构建滑坡滑动面曲面。
[0068]
在对滑坡滑动面的起伏度进行定量计算前，首先通过勘测获得滑坡滑动面的数据，包括岩体的长度、宽度、滑坡滑动面各个点的海拔高度。勘测的方式可以是实地勘测，也可以通过无人机倾斜摄影得到航拍数据。滑坡滑动面各个点的海拔高度在勘测时，可以根据需求设置勘测点位的密度。然后，根据勘测数据，可以构建出滑坡滑动面曲面。
[0069]
2、从岩体的任意位置拆分出一个立方体，立方体的底面为正方形。
[0070]
滑坡滑动面在几何模型中可视为一曲面。对于任意一个岩体，可以将其按一定尺寸划分成多个立方体，在每个立方体内，滑坡滑动面各处的空间高程各不相同，拆分出的某一个立方图如图2所示，在图2中，岩体1为分割后的某一段岩体，曲面2为滑坡滑动面，从图中可看出，曲面上的各处点有着不同的高程，形成了曲面的起伏度。在本步骤中，从岩体的任意位置，按一定的边长，拆分出一个立方体，立方体的底面为正方形。立方体的边长不作限定，在具体的实施方式中，边长可以是十米级、百米级。
[0071]
3、以正方形所在区域内的滑坡滑动面曲面中任意一个点作为顶点，以该正方形作为底面构建棱锥体。
[0072]
如图3所示，在几何模型中，对于滑坡滑动面曲面中的任意一个点，比如正方形的中心所对应的点o，以这个点o作为顶点往岩体内部延伸，可形成一个棱锥体，正方形为棱锥体的底面在正方形所在平面上的投影。
[0073]
4、根据正方形的边长、棱锥体底面四个角所在点的高程、棱锥体顶点的高程，计算得到棱锥体的表面积
[0074]
设棱锥体底面的四个角所在点分别点1、2、3、4，设这4个点距离正方形所在平面的高程分别为h1、h2、h3、h4，h1＝z
i,j
,h2＝z
i,j+s
,h3＝z
i+s,j+s
,h4＝z
i+s,j
；棱锥体顶点距离正方形所在平面的高程为he，如图3所示。设正方形的边长为l，按以下公式计算棱锥体的表面积s：
[0075]ho
＝(h1+h2+h3+h4)/4；
[0076][0077][0078][0079][0080][0081]
[0082][0083][0084][0085][0086][0087][0088][0089][0090][0091][0092]
s＝s1+s2+s3+s4[0093]
5、改变正方形的边长，构建多个棱锥体；根据多个棱锥体的表面积、正方形的面积，在双对数坐标上拟合直线，得到直线的斜率
[0094]
改变正方形的边长l，可以得到多个棱锥体。按步骤4中的计算方法，对多个棱锥体的表面积进行计算，得到多个棱锥体的表面积。
[0095]
根据多个棱锥体的表面积、正方形的面积，在双对数坐标上拟合直线，得到直线的斜率k，如图4所示。
[0096]
6、根据直线的斜率计算得到滑坡滑动面曲面的分维值
[0097]
滑坡滑动面曲面的分维值df按以下公式进行计算：
[0098]df
＝2-k
[0099]
由于滑坡滑动面曲面的表面形态的总面积与对应正方形面积成负相关关系，所以上式中直线的斜率k《0；滑坡滑动面曲面的分维值在2～3之间。当滑坡滑动面曲面为平面时，分维值为2；当滑坡滑动面曲面越复杂，分维值越高，分维值的极限值为3。
[0100]
7、根据滑坡滑动面曲面的分维值计算得到滑坡滑动面曲面的平均起伏角
[0101]
滑坡滑动面曲面的平均起伏角i按以下公式计算：
[0102][0103]
在上式中，i为滑坡滑动面曲面的平均起伏角，df为滑坡滑动面曲面的分维值。平均起伏角表征了滑坡滑动面的起伏度。
[0104]
8、根据滑坡滑动面曲面的平均起伏角，结合内摩擦角、粘聚力，计算滑坡滑动面抗剪强度
[0105]
按以下公式计算滑坡滑动面抗剪强度：
[0106][0107]
在上式中，τ为抗剪强度，σ为岩体正应力，i为平均起伏角，为内摩擦角，c为粘聚力。其中，σ、c根据岩体的土样，通过剪切试验获得。
[0108]
本实施例的技术方案，采用分维值来计算滑坡滑动面曲面的平均起伏角表征出滑坡滑动面的起伏度，再使用平均起伏角，结合内摩擦角、粘聚力计算滑坡滑动面抗剪强度，使计算得出的滑坡滑动面抗剪强度比传统计算方法计算得出的抗剪强度值更大，更接近与实际情况。在后续施工时，以考虑了滑坡滑动面起伏度的抗剪强度计算值作为参考，可以大幅度节约灾害治疗成本。
[0109]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。